一種變電站廢鉛蓄電池搬運工具的研制

趙玉才　郭陽　趙玉富　趙光金　董銳鋒

河南 鄭州 450052;3.國網河南省電力公司營銷服務中心，河南 鄭州 450052;4.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南 鄭州 450052）

摘 要：本文介紹了一種廢鉛蓄電池搬運工具的制作方法，目的是解決變電站用鉛蓄電池因質量較大、排列緊密在移動電池時操作難度大的問題，避免在搬移過程中出現跌落破損、（Pb金屬鉛）中毒和（H2SO4硫酸）腐蝕等安全隱患，提高搬運電池的安全可靠性和工作效率。

關鍵詞：廢鉛蓄電池;搬運;安全

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）25-0120-04

The Development of a Substation Waste Lead Battery Handling Tool

ZHAO Yucai GUO Yang ZHAO Yufu ZHAO Guangjin DONG Ruifeng

（1.Henan Jiuyu Epri Electric Power Technology Co.， Ltd.， Zhengzhou Henan 450052;2.State Grid Grid Waste Resource Treatment Technology laboratory， Zhengzhou Henan 450052;3.State Grid Henan Electric Power Company Marketing Service Center， Zhengzhou Henan 450052;4.State Grid Henan Electric Power Research Institute， Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper introduces a waste lead battery handling tool production method， in order to solve the substation lead battery due to the weight of larger， tight arrangement in the mobile battery operation difficult problems， to avoid falling damage in the process of moving， Pb poisoning and H2SO4 corrosion and other safety hazards， improve the safety reliability and efficiency of handling batteries.

Keywords： waste lead battery;handling;safety

1 技術背景

廢鉛蓄電池作為危險廢物已被列入《國家危險廢物名錄》。鉛蓄電池含有大量重金屬鉛和硫酸，報廢的鉛蓄電池在搬運時如果不慎接觸人體，會腐蝕人體皮膚，甚至導致鉛中毒[1]。

目前，大部分變電站使用的是閥控式密封鉛酸電池[2]，質量較大、排列緊密，蓄電池安裝、拆卸過程中需移動蓄電池時操作難度較大。在變電站的新建、技改等工程中，經常會有蓄電池的拆除和搬運。鉛蓄電池經過長時間的使用后會伴有鼓脹、漏液等現象，因電池間排布緊密，膨脹后與四周接觸，移動的時候操作空間有限，搬運的難度很大。當在拆卸過程中受力點不均勻無法控制力度時，常常會造成電池破損出現漏液，容易對人員皮膚、衣服造成酸液腐蝕，存在極大的安全隱患。本文介紹了廢鉛蓄電池搬運工具的制作方法，很好地解決了上述問題。

2 技術原理

2.1 杠桿

本文設計的廢鉛蓄電池搬運工具采用了杠桿原理[3]，如圖1所示。動力乘以動力矩等于阻力乘以阻力矩，用代數公式表示為：

F×L=F×L （1）

式中：F表示動力;L表示動力矩;F表示阻力;L表示阻力矩。

從式（1）可看出：杠桿達到平衡時，動力矩越大動力越小;反之，動力矩越小，動力越大。依據現場操作空間，廢鉛蓄電池搬運工具設計有L2

2.2 摩擦力

廢鉛蓄電池搬運工具采用了摩擦力原理[4]，如圖2所示。

用代數公式可表示為：

F+F=G （2）

F=F=μN （3）

G=mg （4）

則有：

2μN=mg? （5）

式中：N為工具對電池外殼的壓力;μ為橡膠摩擦系數;m為電池的質量;g為重力常數。

2.3 大氣壓力

廢鉛蓄電池搬運工具利用吸盤吸住鉛蓄電池塑料外殼，如圖3所示，采用大氣壓力[5]，用代數公式可表示為：

F=PS （6）

F=Pπr （7）

式中：F為大氣壓力;P為標準大氣;S為吸盤的圓形面積;π為圓周率;r為吸盤半徑。

2.4 滑輪

廢鉛蓄電池搬運工具為了節省操作空間，還采用了滑輪原理[6]來改變力的方向，如圖4所示。

用代數公式可表示為：

F=F （8）

3 材料及結構設計

3.1 材料

廢鉛蓄電池搬運工具采用金屬和橡膠材料，金屬材料采用不銹鋼或鋁合金，必須能承受25～30 kg的質量。橡膠材料主要為吸附電池外殼、絕緣保護和防止電池外殼劃傷。

3.2 結構設計

廢鉛蓄電池搬運工具結構設計簡圖如圖5所示。

圖5中，橡膠防滑塊包裹在金屬桿外邊，起到防滑和保護電池外殼不被劃傷的作用;金屬小滑輪，改變受力方向;滑輪鋼絲可以拉緊和松開吸盤;吸盤可以吸附到電池外殼增大摩擦力;金屬框架的材料可以采用不銹鋼和鋁合金;橡膠墊起到絕緣作用，保護電池正負極不會短路;金屬框架交叉橫軸連接和固定金屬框架，可轉動;鋼絲拉手可以通過鋼絲拉緊和松開吸盤;工具把手外包裹橡膠墊，可以夾緊物體，也可以提起物體。

4 同類工具比較

經檢索，發現了同類型工具的發明專利，比較典型的一些例子分解圖如圖6至圖10所示[7]。

圖6為變電站專用蓄電池抬卸移動工具，質量較大，使用過程較復雜，裝卸都需要擰螺絲，且存在電池短路的風險。

圖7為變電站蓄電池拆卸搬運工具，需借助其他工具才能工作，裝卸都需要擰螺絲，使用過程較復雜，工作效率不高。

圖10為蓄電池專用拆裝搬運工具[8]，現場工作需要兩人，單人無法操作。若工具材料不牢固，則有跌落風險。

通過以上工具的綜合分析比較，本文設計的廢鉛蓄電池搬運工具與同類型的工具相比有5個優點：①結構簡單，所需材料為鋼材或鋁合金、橡膠墊;②體積小、質量輕、易操作、便于攜帶，更適合于現場作業;③使用安全，用橡膠做襯墊和絕緣墊，不接觸電池，避免出現短路和酸腐蝕現象;④單獨使用即可，不需要擰螺絲，不用其他工具配合使用;⑤單人可操作，節省人力。

5 試驗驗證

本試驗以變電站閥控式密封鉛蓄電池為驗證對象，具體參數詳見表1。

表1 變電站閥控式密封鉛蓄電池一般參數

[電池類型 閥控式密封鉛蓄電池 型號 DCF126-2/300 外觀 完好無損 外形尺寸/mm 長×寬×高（167×147×328） 質量/kg 18.38 ]

廢鉛蓄電池搬運工具防滑橡膠墊尺寸為150 mm×60 mm，吸盤直徑為150 mm。經查詢，橡膠與塑料的摩擦系數為0.6～0.9[9]，工具可提拉質量計算公式如下（取最小摩擦系數[μ]=0.6）：

G=mg]=μN （9）

N=F+F （10）

F=P×4S=P×4πr=P×4π（R/2） （11）

式中：G為電池重力;m為電池質量取值為18.38 kg;g為重力常數取值為9.8 N/kg;μ為橡膠對塑料的摩擦系數取0.6;N為工具通過橡膠墊和吸盤對電池外殼產生的壓力;F為4個吸盤對電池外殼產生的吸力;F為通過工具對電池外殼產生的夾力;P為標準大氣壓強取值為1.01×10 N/m;π為圓周率常數取值為3.14;r為吸盤半徑;R為吸盤直徑取值為0.15 m。將各數據代入式（9），可得N為300.21;將相關數據代入式（1），可得F為7 135.65 N。

按照電池質量計算，工具只需對電池外殼產生300.21 N的壓力就可以將電池提起，而吸盤產生的壓力為7 135.65 N，遠大于300.21 N，無須再通過工具增加夾力。經驗證，該工具可以提起最大質量為436.88 kg的物體，對于質量為18.38 kg的電池，完全沒有問題。

6 結語

廢鉛蓄電池搬運工具由一線員工在現場長期工作的實踐中，總結經驗并結合現場操作環境實際情況設計而成，解決了現場搬運變電站廢鉛蓄電池工作過程中的安全問題，提高了現場工作效率。它不僅可以搬運變電站廢舊電池，也可以應用于其他光滑塊狀物體的搬運工作。今后在使用過程中會不斷改進其結構和功能，以滿足更多場景的實際應用。

參考文獻：

[1]向榮淑.廢舊鉛蓄電池的生態危害[J].生態經濟，2019（4）：5-8.

[2]鐘國彬，蘇偉，王超，等.鉛酸蓄電池壽命評估及延壽技術[M].北京：中國電力出版社，2018：3-4.

[3]唐剛，鄒鵬君，謝高楊，等.基于三角形和杠桿原理的柔性鉸鏈放大機構[J].機械設計與研究，2018（3）：46-49.

[4]王楠.體育運動中摩擦力學表現：評《摩擦學原理》[J].摩擦學學報，2021（3）：454.

[5]李貴，梁仁杰，劉耀東，等.工業自動化吸盤的類型及應用虛擬仿真實驗教學系統研究[J].實驗技術與管理，2021（5）：149-153.

[6]王玉培.滑輪的杠桿原理演示器[J].物理實驗，1988（5）：215.

[7]趙磊，王賀磊，王棟，等.一種變電站專用蓄電池抬卸移動工具：CN106684738B[P].2019-07-12.

[8]邱強，高軍，王斌.一種蓄電池專用拆裝搬運工具：CN209367305U[P].2019-09-10.

[9]劉偉.摩擦條件對橡膠摩擦系數的影響[J].特種橡膠制品，2015（5）：51-53.

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